②复制原点的特征:酵母菌的复制起点称为ARS(autonomously replicating sequence),有100多个bp。ARS由2个功能域组成:A功能域为ARS的中心,可能是起始蛋白的结合位点。A的序列为(T/A)AAATA(T/C)AAA(T/A);啤酒酵母的ARS分布在100~200bp的DNA序列中,ARS包括一个共有序列(A)和附加元件(B1~B3)。A元件在芽殖酵母中高度保守,是复制起始所必需的。其中有富含AT的11bp序列是复制起始识别复合物(origin recognition complex, ORC)结合复制起始位点所必需的,对起始因子在复制起始位点的组装起基本作用。B1元件紧靠A元件,也是ORC的识别序列。B2元件的功能还不清楚,可能参与双链DNA的解旋。B3元件是转录因子Abf1的结合位点,可促进DNA复制的起始。B功能域富含AT,可能是DNA熔链区。A元件决定哪一段DNA序列作为复制起始位点,B元件可以增加复制起始位点的效率。
不同生物复制起始位点的共同特征:多个短重复序列(前面复制原点特点)。
重复序列被多亚基的复制起始位点结合蛋白识别,这些蛋白对于复制酶在复制起始位点的组装起关键作用。复制起始位点附近一般都有富含AT的序列,以利于DNA双链的解旋,产生DNA复制模板。
ARS序列突变对复制有影响。真核生物Saccharomyces cerevisiae有274个自主性复制序列(ARS)分布于16条染色体中。每一个复制子长约36kb。多细胞生物的复制起始位点有多个,在基因组中的分布也不是随机的。在基因组复制过程中只有一些复制起始位点起作用,这可能与染色体结构、基因转录、生物发育过程和DNA甲基化等因素有关。例如在动物的发育过程中,细胞周期的S期在胚胎期可以只有几分钟,而在成熟组织中可以长达几个小时。DNA复制在S期的及时完成主要取决于有效复制起始位点的增加,而不是复制叉移动速度的增加。复制起始位点可以决定基因组在S期复制的时间顺序。即真核DNA的各个区域不是全部同时复制的,一般是20~80个相邻复制子一次被活化,S期中不断有新的复制子被活化,直至整个染色体完全复制。事实上,在酵母染色体中,不同位点的复制起始位点的效率和起始时间是有显著不同的。DNA复制后立即与组蛋白H32·H42四聚体和H2A·H2B二聚体结合成核小体结构。
3.3.3 真核生物DNA pol和蛋白因子 3.3.3.1 真核生物DNA pol
真核生物也有多种DNA pol,通常细胞中有15种以上。其中参与基因组DNA复制的酶有DNA polδ、 和 。真核生物中的DNA聚合酶聚合反应机制与原核生物的相似。
真核DNA pol的种类
①DNA polα:含量最高(占总量80-90%),有4或5个亚基,MW为300KD,负责合成RNA引物和
iDNA(initiator DNA,起始DNA)。形成RNA–iDNA
引物,具引物酶活性,无3’→5’活性,错配频率高。
主要负责染色体DNA的复制。
②DNA polδ:无合成引物功能,有3’→5’外切活性,负责合成延伸前导链和滞后链的冈崎片段(延伸)。
③DNA polε:或参与滞后链合成或与polδ相同,参与DNA复制。
④DNA polβ:分子量为45KD,仅含有一条链,可能与修复有关。
⑤DNA polγ:MW为140KD,存在于线粒体内,负责催化线粒体DNA的复制。
3.3.3.2 复制有关的细胞因子
真核基因组在一个细胞分裂周期中每个复制原点仅活动一次,这是由细胞中的一些蛋白因子控制的。
①准许复制因子
准许复制因子来源于细胞质,进入细胞核控制DNA复制,DNA复制后因子失活,同时细胞质产生两个准许因子进入G2期,核膜消失,胞质中的准许因子进入核,核质分裂为二,细胞分裂,2个准许因子分别进入两个子细胞的核,这是细胞质因子对复制的调控作用(核质互作)。
Licensing factor in the nucleus is inactivated after replication. A new supply of licensing factor can enter only when the nuclear membrane breaks down at mitosis.
酿酒酵母(S. cerevisiae)准许因子的成分由其Mcm2、3、5提供,这些蛋白质是复制所需的并只有在有丝分裂时进入细胞核。在动物细胞中也发现了同源物。Mcm3在复制前受到染色体物质的约束,但在复制后被释放。动物细胞的Mcm2、3、5复合物在整个细胞循环中都保存在核中,暗示了它可能是特许因子中的一个成分;另一个成分可能只在有丝分裂时进入,可能对于Mcm2、3、5与染色体物质的连接是必须的。
②Mcm(minichromosome maintenance proteins,微染色体支持蛋白,Mcm)Mcm是一个由6种蛋白组成的家族,包括Mcm2到Mcm7。Mcm家族是以多蛋白复合物的形式发挥作用的。它们在真核生物的进化过程中是相当保守的。哺乳动物细胞在G1期Mcm与DNA复制的起始位点相互作用。参与DNA复制过程。Mcm4,6,7组成的复合物在体外具有DNA解旋酶的活性,表明它可能是真核生物复制过程中的解旋酶。其解旋活性可被Mcm2的结合抑制,这可能是防止在一个细胞周期中再次发生DNA复制的机制之一。
③ORC(复制起始识别复合物,origin recognition complex)由6个亚基组成,可与酵母复制起始位点中的A元件以及B1元件相互作用。ATP、ORC和复制起始位点相互依赖地结合形成ORC-DNA复合物,被结合的ATP可以被很慢地水解,可能参与其它起始因子结合ORC或者DNA双链的解旋。ORC在真核生物中是相当保守的。ORC或者其亚基已经在裂殖酵母、有爪蟾蜍、黑腹果蝇和人中发现。
④Cdc6/Cdc18啤酒酵母中的Cdc6(cell division